簡評磁共振成像譜儀RF收、發(fā)通道的開發(fā)

1、簡評磁共振成像譜儀RF收、發(fā)通道的開發(fā)譜儀是磁共振成像系統(tǒng)的核心部件，各磁共振成像系統(tǒng)廠家非常重視譜儀的研制、開發(fā)。自從80年代初Fonar第一臺商用磁共振成像系統(tǒng)問世以來，譜儀也經歷了功能、性能、集成度不斷提高的一個發(fā)展過程。數字化譜儀正在逐漸取代早期的模擬譜儀。各MRI廠家為了充分提高系統(tǒng)的性能，逐漸采用自己研制的專用譜儀，代替以前的通用譜儀。本文將扼要評述當前譜儀RF收、發(fā)通道一些發(fā)展特點。 1數字接收機是未來的方向隨著高速、高精度A/D變換器的發(fā)展，以及數字信號處理技術的發(fā)展，數字接收機正在以其特有的優(yōu)勢取代模擬接收機。1模擬接收機框1是模擬接收機框。傳統(tǒng)的模擬接收機用正交的正弦、余弦

2、信號與中頻信號混頻，得到零中頻正交兩路解調信號，經低通濾波器濾除高頻信號分量，再經A/D數字化。由于受到模擬器件精度和可靠性影響，模擬接收機難于調整并且穩(wěn)定性與可靠性較差。且正交性不好，影響像信噪比，會產生偽影。2是數字接收機框。數字接收機將混頻后的中頻信號直接用高速A/D變換成數字信號進行處理，在數字域進行正交數字解調、濾波，從而可以做到絕對正交，克服了相位不平衡所造成的像信噪比損失和由此造成的偽影。下面就數字接收機幾個關鍵問題進行分析：(1)ADC選擇：ADC的位數取決于接收信號的時域信噪比SNR。根據GE公司1986年發(fā)表的一些數據，如果片厚1 cm，頭部成像截面積為1015 cm2，則

3、頭部SNR見表1：因此必須采用16位A/D。 表1場強0.12T0.5T1.0T1.5TSNR317055301144020000ADC的最高采樣速率的選擇，必須綜合考慮信號帶寬、噪聲性能，如果最大信號帶寬為64KHz，則A/D采樣率選為400 KHz。目前國際上能生產16bit高速A/D的廠家不多，這類產品有：Analogic公司的ADC4320(16bit,1Msps)，ADC4322(16bit,2Msps)；Datel公司ADS-931(16bit,1Msps)，ADS-932(16bit,2Msps)；ADS-933(16bit,3Msps定制)。以上器件信噪比(SNR)和總諧波失真

4、(THD)分別可達85dB和-87dB以上。2數字接收機框(2)中頻IF的選擇：適當選擇IF頻率可以簡化數字解調。也即如果滿足fif=3/4fs=3/2B，(其中：fif：中頻IF頻率；fs:A/D采樣率；B：信號帶寬)，則A/D變換前、A/D變換后信號頻譜分別如4、5所示。3接收機解調示意4A/D變換器輸入信號頻譜5A/D變換器輸出信號頻譜從5可以看出，利用-B+B之間的譜分量可以重建出原始信號。因此為了得到時域解調后I/Q兩路信號，分別乘上sin(2B/2t)和cos(2B/2t)，t為時間。如果這兩種解調信號正交性不好的話，就會出現偽影。可是適當選擇中頻和采樣率，數字域解調就非常簡單且正

5、交性非常好。采樣率為2B時，即t=n/(2B)時，兩路解調信號分別為sin(2n/4)和cos(2n/4)，當n=0,1,2,3時它們分別取值0，1，0，-1和1，0，-1，0，即為二路正交的開關序列，簡化了解調，3為數字接收機解調示意。(3)數字濾波器的設計：數字濾波器的選擇可考慮用通用的DSP，象TI公司的TMS320系列，其優(yōu)點是靈活，但編程復雜；也可采用專用可編程數字濾波器，其優(yōu)點是編程簡單，但靈活性差。2集成度不斷提高早期的譜儀由于受器件的限制，更多地采用通用的集成電路，結構復雜。比如早期的直接式數字頻率綜合器(簡稱DDS)就是用通用集成電路設計的，結果器件很多，結構復雜。然而現在單

6、片DDS就解決問題。集成度，可靠性大為提高，調試也極為簡單。早期衰減器采用電阻網絡來實現，衰減步進量粗，例如步進5dB，衰減量只有0，5，10，15dB。而現在很多器件可用作衰減器，體積小，衰減精度高，步進小。步進可達1 dB，精度可達0.1dB，范圍可達063dB。3功能不斷加強隨著成像技術的發(fā)展，新需求的提出，RF收、發(fā)通道功能不斷加強。(1)支持POMP技術：早期的RF激勵通道只支持單包絡輸出，隨著POMP技術的提出，要求RF激勵通道能輸出復包絡，即：A(t)sin(0t+0)+B(t)cos(0t+0)=C(t)sin0t+0(t)其中：硬件上有二種方法實現復包絡，即在數字域用正交DD

7、S和復乘器來實現，另一種就是直接調相來實現。(2)初相：早期能實現的初相較簡單，比如只能實現0，90，180，270四種初相?，F在初相要求較高，比如1.4分辨率，也即8bit可設。如今單片DDS都具有初相設置，有的可達12bit，甚至更高。6用復乘法實現復包絡7直接調相實現復包絡(3)支持陣列線圈：早期成像只用單線圈，因此接收通道通常都是單通道的。現在由于陣列線圈應用的提出，要求接收可支持多通道，例如2通道和4通道等。4未來發(fā)展目前由于受器件水平的影響，接收通道只能做到中頻數字化。隨著高速、高精度A/D的推出，將來低場方面接收通道可望全數字化。5符號定義RF： radio frequency射

8、頻IF： intermediate frequency中頻LO： local oscillator本機振蕩器LPF： low-pass filter低通濾波器BPF： bandpass filter帶通濾波器I(n)： inphase同相分量Q(n)： quadrature正交分量A/D： analog-to-digital模擬到數字變換ADC： analog-to-digital converter模擬-數字轉換器DSP： digital signal processing數字信號處理SNR： signal noise rate信噪比THD： total harmonic distortion總諧波失真POMP： phase offset multi planers相位偏移多片激發(fā)DDS： digital direct synthesizer數字式直接合成器518067深圳安科高技術有限公司參考文獻1Hulin Liu,Peter H.Stockmann.A New